文摘
目标。本研究旨在探索影响的虚拟现实(VR)训练姿势控制,以预期和补偿的姿势调整(分别APAs和注册会计师),在慢性非特异性下腰痛患者(CNLBP)和虚拟现实培训的潜在神经机制。方法。34名患者,随机分配到虚拟现实集团( ),电机控制运动组(多国评价, )和对照组(CG, )。使用Kinect Xbox 360 VR组虚拟现实训练系统和磁治疗。除了磁治疗,多国评价组的参与者进行实时超声引导下腹部穿经机动(ADIM)和四点跪着运动。CG只收到磁治疗。表面肌肉肌电图(表)是用来记录横腹的肌肉活动(交易),multifidus (MF)、侧腓肠肌(LG)和胫骨前(TA)在球碰撞任务。肌肉激活时间和积分肌电图的活动(IEMGs)在APA和注册会计师阶段计算和用于数据分析。视觉模拟量表(血管)和得以功能障碍指数(ODI)分数也记录下来。结果。一个显著的交互效应 观察移植的激活时间( )和MF ( )。的干预激活时间交易早在VR集团( )。相比之下,曼氏金融的干预激活时间明显延迟的VR集团( )。交易的IEMGs ( )和TA ( )在CPA1只在VR组干预后明显减少。三组参与者的脉管分数显示显著减少干预后( )。结论。CNLBP患者表现出互惠和肌肉活动模式的交易和曼氏金融虚拟现实训练后的肌肉。虚拟现实训练可能是一个潜在的干预,提高患者的APAs CNLBP。
1。介绍
慢性非特异性下腰痛(CNLBP)是世界范围内最常见的肌肉骨骼疾病之一(1]。CNLBP可能导致一个贫穷的生活质量和增加经济负担2]。近年来,改变姿势控制模式已报告最重要的一个因素,可能有助于CNLBP发展(3,4]。姿势控制可以归因于两个不同的神经肌肉控制机制:预期的姿势调整(APAs)和补偿的姿势调整(注册会计师)。APAs前馈调整之前发生的扰动最小化预测扰动的影响(5),而注册会计师在发病后反身调整维持平衡的扰动6]。中枢神经系统(CNS)运用APAs和注册会计师保持稳定。先前的研究已经报道推迟或缺席躯干肌肉活动在快速的手臂运动或应对突然加载CNLBP患者(3,7- - - - - -9]。例如,当一个阻力在后面突然释放,慢性下腰痛患者(CLBP)显示延迟腹部肌肉的激活时间(横向腹(TrA))在APA阶段与健康对照组相比(9]。这些研究结果支持的痛苦适应模型,假定长期疼痛会减少肌肉活动时肌肉激活受体激动剂。由于上肢加载产生的弯曲力矩,交易是受体激动剂在突然上肢加载和显示减少电活动下腰痛(LBP)组(9]。受损的患者APAs CNLBP可以激活躯干的肌肉反应突然扰动随着时间的推移,随后导致腰痛的复发。因此,一个训练计划,旨在提高APAs CNLBP患者是至关重要的。
电机控制运动”(MCE)是一种常见的运动康复计划CNLBP患者(10]。然而,多国评价的影响在APAs CNLBP患者是不一致的。几项研究已经报道,多国评价不能提高APA能力(11- - - - - -13),而曹和霍奇斯发现,多国评价可引起早期肌肉激活(14]。然而,多国评价后肌肉激活时间晚于-100和50毫秒之间的时间窗口,这表明多国评价可能不是一个合适的康复训练提高CNLBP APAs病人,可能更有利于提高姿势稳定通过加强肌肉力量和耐力而不是增加前馈控制(由中枢神经系统(如APAs)11,13]。
许多研究表明,虚拟现实(VR)培训可以提高参与者的平衡能力通过提供多种感觉的反馈,例如,在慢性卒中后的幸存者15,16和老年人17]。两个之前的研究发现,虚拟现实训练可以增强APA能力(18,19]。艾达等人发现,当健康的参与者抬起一只脚,以避免实际或虚拟的障碍,肌肉活动过程中观察到的支撑腿和躯干APAs在真实和虚拟现实环境中,即使肌肉活动在虚拟显示设置是小于实际设置。在另一项研究中,PD(帕金森病)的参与者显示短臂运动的运动时间和更高的峰值速度,延长APAs同时抓住一个快速球比而缓慢的球在虚拟现实环境中。这些结果表明,虚拟训练可以提高APAs。虚拟现实训练也被逐渐应用于CNLBP患者的康复训练计划,并且它可以减轻疼痛,改善功能障碍(20.]。然而,虚拟现实训练的效果APAs CNLBP患者仍然是未知的。
本研究旨在调查的影响虚拟培训APAs CNLBP患者采用球碰撞测试。我们假设与多国评价相比,虚拟训练可以提高APA能力,包括肌肉激活时间和积分的EMG活动(IEMGs) CNLBP患者。本研究的结果可以帮助验证是否虚拟现实训练是一种有效的治疗提高姿势控制CNLBP患者。
2。方法
2.1。参与者
34右手参与者CNLBP参与了这个研究。CNLBP受试者的入选标准如下:(1)年龄在18岁和40年,(2)持久或定期LBP超过3个月,和(3)没有被辐射疼痛症状的膝盖以下直筒提高测试期间或感觉异常。排除标准如下:(1)盆腔或脊柱手术的历史在过去的两年里;(2)任何特定的诊断腰椎病理条件(如腰椎肿瘤、椎体骨折、腰椎管狭窄症、腰椎滑脱,风湿性关节炎,关节僵硬)和/或严重或进步脊柱侧弯;(3)身体质量指数 ;(4)的历史,过去的三个月内治疗项目;(5)怀孕;(6)历史的严重障碍的重要器官(心、肺、肾)和/或认知缺陷;和(7)历史的视觉或听觉的问题。参与者可以随时撤回实验如果他们(1)都不愿意参与这个实验,(2)感到任何疼痛加重治疗期间,(3)有其他疾病的治疗,和(4)不能完成治疗计划。伦理批准这项研究(伦理:没有。[2020]476)是来自中山大学第一附属医院。书面知情同意了所有的参与者在实验。
在我们的初步研究中,尺度效应( )内部因素(时间)和within-between交互( )在交易实现肌肉的肌肉激活时间(分别为0.113和0.244)。G权力(v 3.1.9.7,德国)来计算样本大小。30参与者被要求实现交易的统计力量。
2.2。设备和数据预处理
2.2.1。球碰撞测试
参与者站在一个平台的中心两脚打开与肩同宽。他们被要求保持肘部弯曲呈90°时持有一个金属托盘在他们的手中。压力传感器在托盘的底部的外中心被用来确定时间点(T0)当物体降落在托盘。声音后,负载重量1.5公斤突然发布了实验者的参与者的眼睛水平高于托盘(图1)。参与者被要求尽最大努力在整个实验过程中保持身体稳定。每个参与者重复五试验试验之间的休息期间约30年代。同时表面肌电图(表)数据记录在球碰撞测试。虚拟仪器15.0.1软件(美国国家仪器、奥斯汀、TX)同时被用来收集数据的压力传感器和面肌电信号系统在1000赫兹的频率。足够两次试验法的五个试验可靠性的球碰撞测试中观察到的所有肌肉激活时间和IEMGs(组内相关系数:0.430 ~ 0.856)。
2.2.2。表面肌电图(表)
一个表系统(Myomonitor第四;美国Delsys)有八个通道是用来记录肌肉活动。每个通道的电极间的距离是10毫米。电极附件之前,目标区域的皮肤是由剃须,擦洗细砂纸打磨和75%的酒精擦,以降低阻抗。两个电极被放置在一个垂直排列沿横腹的肌肉纤维(交易,2厘米内侧伪劣髂前上棘),multifidus (MF, L5棘突的从后上级行棘L1和L2)之间的空隙,侧腓肠肌(LG、1/3理查德·道金斯线的腓骨头的侧面跟腱插入),和胫骨前(助教,在1/3理查德·道金斯之间的线的腓骨和内踝的顶端)。电极的位置对这四个肌肉是基于以前的研究(7,8]。参比电极放置在髌骨在主导方面。面肌电信号数据采样率为1000 Hz。
2.2.3。表数据预处理
面肌信号处理使用MATLAB软件(MathWorks公司,纳蒂克,妈,美国)。原始表的信号被整流,bandpass-filtered(30 - 400赫兹)。第一个实例时,压力传感器的压力信号获得等于或大于5%的峰值至少20级女士不断被认为是随着时间的零( ,上升的压力传感器的信号)。面肌信号在球碰撞测试是使用T0对齐。每个试验中检测出的肌肉活动时间-300毫秒的时间窗口在与T0 + 200 ms。前面描述的常用的方法检测肌肉活动并不适合目前的研究,因为低信噪比(信噪比)的面肌信号检测肌肉活动时间增加了困难。当表信号的信噪比很低,发病时间不容易由视觉检查信号或通过简单地设置一个振幅阈值(21]。TKE操作,同时考虑表面肌电图的幅度和瞬时频率,之前已经被用于检测肌肉激活时间21- - - - - -23]。因此,在目前的研究中,TKE操作应用于确定肌肉活动的起始时间。IEMGs计算四个时代,每个150毫秒时间与T0 [5]。这四个时期的时间窗口如下:(1)从-250毫秒到-100毫秒(预期反应,APA1);(2)-100 ms + 50 ms(预期反应,APA2);(3)+ 50 ms + 200 ms(早期补偿调整,CPA1);和(4)+ 200 ms + 350 ms(补偿性调整后期,CPA2)。IEMGs都纠正了基线IEMGs相对于T0女士女士从-600年到-450年。意思是肌肉激活时间和IEMGs被用于以下数据分析。
2.3。干预措施
所有的参与者被随机分配到三组:虚拟现实,多国评价和控制。参与者在对照组接受常规热磁治疗,这是进行20分钟每天用中火加热水平。除了热磁治疗,VR组的参与者虚拟现实训练,而多国评价组执行多国评价。所有干预措施进行两周,每周5天。更多细节关于虚拟现实训练和多国评价如下所述。三个物理治疗师负责干预训练对参与者的结果的措施也不清楚。每个人负责一组的培训项目。两个调查人员负责统计信息收集和结果评价,分别。这两个调查人员对每个参与者的干预分配也不清楚。
2.3.1。虚拟现实训练
所显示的“水果忍者”的游戏Kinect Xbox 360系统是用于虚拟现实训练。在整个训练期间,参与者站然后双脚与肩同宽1.5米的距离在屏幕面前。参与者被要求粉碎水果尽可能地挥舞着他们的手,同时努力避免“炸弹”游戏(图2)。在培训过程中,参与者被要求避免树干弯曲或转向。参与者需要完成六个交易日每天的虚拟现实训练。每个会话持续了三分钟,休息2分钟之间的会话。大约花了半个小时来完成虚拟现实训练每天。
2.3.2。电机控制运动”(MCE)
腹部穿经机动(ADIM),这是一个在多国评价关键技术培训,旨在增强coactivation交易和曼氏金融稳定的树干前身体运动。的目前的研究是基于ADIM用于一项研究[24]。在训练之前,参与者学会专门肌肉激活交易实时超声指导下没有明显收缩的同时腹内斜肌和腹外斜肌。当参与者可以适当地执行ADIM, MCE训练开始了。多国评价的第一步涉及三组超声引导ADIM每天训练,大约2分钟的短暂的休息间。超声引导下ADIM每组涉及10个重复,每个持续了10。在第二步中,参与者完成了四点跪着运动。在第二步中,参与者完成了四点跪着运动。在第一阶段,参与者被指示抬起一只手臂和手肘和手腕延长5 s和维护交易同时收缩。每侧上肢的重复三次15秒的休息。在第二阶段,参与者举起一条腿与髋关节和膝关节延长5 s在四点跪的位置。 Each side of the leg was repeated thrice with a break of 15 s. In the last stage, the participants raised one arm and the contralateral leg to a horizontal position (bird dog) and held it for 5 s in a four-point kneeling position. Each movement was repeated three times with a break of 15 s. In the last stage, the participants raised one arm and the contralateral leg to a horizontal position (bird dog) and held it for 5 s in a four-point kneeling position. Each movement was repeated three times with a break of 15 s. Each participant was instructed by an experienced physiotherapist during the MCE training. The MCE training required approximately 30 min per day after conventional thermal magnetic therapy.
2.4。过程
在培训之前,参与者完成了人口统计信息问卷评估性别、身高、体重、年龄、病史。一个视觉模拟量表(25)(血管)(锚定“无痛”在0和10“无法忍受的痛苦”)被用来测量疼痛强度,得以残疾指数(ODI) [26)是用来评估功能残疾预处理和posttraining。表记录的球碰撞试验也进行了预处理和postintervention。虚拟训练和多国评价培训后进行常规热磁治疗。实验流程如图3。
2.5。统计分析
一个独立的 - - - - - -测试是用来比较差异在所有人口变量除了性(表1)。卡方测试是用来比较性别差异。肌肉激活时间和IEMGs的四个目标肌肉以及临床评估的数据(包括血管和ODI评分)分析了使用双向混合设计重复测量方差分析(方差分析)的主客体因素组(CG、多国评价和VR组)和一个受试时间因素(pre -和posttraining)。事后两两比较时应用观察到显著的影响。显著性水平是设定在 。SPSS软件(版本23.0;、IBM、美国纽约Armonk)是用于数据分析。
3所示。结果
3.1。人口统计学和临床评估
所有参与者的人口统计信息如表所示1。没有发现差异在性别、年龄、体重、身高、BMI、或疼痛持续时间( )(表1)。
3.2。肌肉活动时间
激活交易的时候,MF、LG、和助教都呈现在图4。一个重要的观察时间的主要影响MF激活时间( , , )。一个显著的交互效应 观察移植的激活时间( , , )和MF ( , , )。事后分析显著交互效应表明交易虚拟现实训练后的激活时间明显早于培训前( )。然而,曼氏金融肌肉的激活时间VR组训练后显著延迟( )与之前相比培训。没有交易的激活时间和MF的变化观察多国评价(交易: ;MF: )和对照组(交易: ;MF: )。另一个主要的影响时间和群体的相互影响 不显著( )。
3.3。IEMGs的四个肌肉
的IEMGs APA1和APA2阶段提出了数字5和6,分别。的比率和值的混合模型的四个肌肉在APA1 APA2如表所示2。观察时间显著影响的IEMGs MF ( , , )和TA ( , , )在APA1和IEMGs MF ( , , )和TA ( , , )在APA2。我们还观察到一个明显的影响的集团的IEMGs LG ( , , )在APA1。一个重要的 交互效应只是观察到在助教APA2 ( , , )。另一个主要的影响时间和组或相互影响的 不显著( )。事后分析显著交互效应表明,TA的IEMGs APA2明显减少干预后只在VR集团( ),无法观察到的其他两组。
(一)
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(c)
(d)
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(d)
的IEMGs CPA1和CPA2阶段提出了数字7和8,分别。的比率和值的混合模型的四个肌肉在CPA1 CPA2如表所示3。观察时间显著影响的IEMGs MF ( , , ),LG ( , , ),和TA ( , , )在CPA1。一个 相互影响观察的IEMGs交易( , , )和TA ( , , )在CPA1。另一个主要的影响时间和群体的相互影响 不显著( )。事后分析显著交互效应表明,IEMGs交易( )和TA ( )在CPA1显著降低只在VR组干预后,不能观察到的其他两组。
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3.4。疼痛的临床结果
疼痛相关的临床结果包括血管和ODI评分,如表所示4。一个重要的观察时间的主要影响血管评分( , , )。集团的主要作用( , , )和 交互效应( , , )血管的分数并不重要。时间( , , ),集团( , , ),和 ( , , )对ODI评分的影响不显著。
4所示。讨论
本研究调查的影响虚拟现实训练姿势控制CNLBP患者通过测量APAs和注册会计师在外部姿态扰动的任务。早些时候一项新的发现表明交易肌肉显示肌肉激活APAs经过虚拟现实训练,而曼氏金融虚拟现实训练后肌肉显示延迟激活。这些发现并没有观察到在其他两组。这些发现表明,虚拟训练可能会提高CNLBP APAs病人。
姿势控制要求中枢神经系统(CNS)接收和整合多种感觉的输入(包括视觉、前庭感觉和本体感受的和触觉信息),从而协调和控制姿势肌肉维持身体的平衡与稳定(27]。受损的姿势控制据报道涉及APAs和躯干肌肉的注册会计师28,29日]。大多数以前的研究报道,延迟激活的腹部肌肉,尤其是交易,CNLBP患者普遍观察到患者的LBP姿势控制评估,这可能会增加复发患者的腰痛的CNLBP [4,30.,31日]。潜在的原因是交易的延迟性肌肉激活时间的APAs CNLBP与重建患者的运动皮层(32]。Sadeghi等人发现,脑额叶前部皮层被激活在腰痛患者体位干预(33),这表明前额叶和运动皮层参与先行处理。
在这项研究中,交易的肌肉起始时间CNLBP病人通过两周的VR运动训练显著比早些时候在培训之前,表明虚拟现实训练可以改善APAs。这些研究结果支持先前的研究结果(18,19]。例如,苏等人表明,训练ball-catching任务在虚拟现实环境中执行APAs可以改善PD患者的能力。可能的机制可能是,虚拟现实训练增强激活frontoparietal和感觉运动网络通过提供视觉线索和视觉反馈患者(34,35]。虚拟环境提供的信息可以增加大脑额叶的激活,参与的过程(34]。预期的过程是一个自上而下的认知过程(33,34),可媲美的预备状态,在APAs [35]。因此,在目前的研究中,虚拟现实训练可以改善APA CNLBP病人因为视觉线索的能力“水果忍者”引起的动态环境运动的参与者的预期对虚拟环境中的对象。此外,“水果忍者”的游戏要求参与者在不同的方向快速移动手臂把水果。霍奇斯报道称,健康的参与者将激活交易肌肉比其他肌肉维持姿势稳定,当执行快速肩弯曲,绑架,扩展36]。交易的肌肉手臂运动的作用在这些研究就像增加腰椎的刚度通过提高腹腔压力和增加胸腰椎筋膜的张力。因此,参与者被要求激活交易之前维持姿势稳定的手臂运动期间“水果忍者”游戏。
一项研究报道相反的肌肉活动模式的交易(延迟激活)和MF患者(激活)早些时候CNLBP [36]。这种互惠的激活模式TrA-MF对可能与姿势控制的一种有效策略扰动时中枢神经系统可预测的(37]。目前的研究表明,MF的激活被推迟两周后的虚拟现实训练。这些结果表明,虚拟现实训练后,曼氏金融肌肉的激活模式似乎类似于控制参与者。
这项研究还发现,肌肉活动的助教期间APA2虚拟现实训练后被削弱。一项研究报道,CLBP患者采用body-and-trunk-stiffening战略和更多依赖踝关节本体感受控制他们的姿势站立的时候由于躯干肌肉的弱点(38]。在这项研究中,期间助教的IEMGs APA2减少虚拟现实训练后,可能由于改善交易虚拟现实训练后肌肉活动。因此,改善交易肌肉可以使CLBP患者获得更好的协调深躯干肌肉保持稳定和减少对脚踝的依赖策略。
本研究还发现,肌肉活动的交易和TA CPA1阶段虚拟现实训练后被削弱。这些结果表明,CLBP患者倾向于使用APA策略来减少的补偿响应虚拟现实训练后肌肉外部干扰。这些发现符合所报道的桑托斯et al。5和梁等。37]。桑托斯等人发现,当扰动是可预测的,强APAs明显较小的补偿活动相关的肌肉和警察位移响应外部扰动。结果在梁等的研究表明,听觉训练后,参与者表现出更强的APAs对注册会计师和更少的要求。在目前的研究中,交易和TA的IEMGs CNLBP参与者减少CPA1经过虚拟现实训练,这可能源于APA改善由于预测引起的视觉信息在虚拟环境。
肌肉激活时间和IEMGs显示没有改变预处理和posttraining多国评价和控制。这些结果支持的发现报道Vasseljen et al。11)和似的et al。12]。Vasseljen等人发现无显著差异在腹部肌肉的激活时间CLBP患者pretraining至8周后的多国评价培训。计划二级似的等人进行的分析表明,低稳定或运动系统损伤治疗没有改善CLBP参与者APAs障碍,反映缺乏治疗IEMGs的重要影响。这可能是由于多国评价可以提高姿势稳定性主要通过加强肌肉力量和耐力12,13]。然而,APAs更多依赖大脑活动,包括运动规划和运动皮层的兴奋性,预测外部扰动(35,39]。因此,在目前的研究中,多国评价和传统的物理治疗没有改善肌肉激活时间CNLBP患者,因为这两组的活动不需要参与者在干预进行准确的预测。
至于临床结果,血管的研究结果表明,枸杞多糖减少训练后三组的参与者,但没有统计学差异在脉管中得分三组。功能障碍的改善了ODI评分也没有在训练后三组明显不同。虚拟走据报道,帮助减轻疼痛和kinesiophobia和改善功能慢性非特异性LBP患者在短期内(40]。这些发现的潜在机制是当前多种感觉的反馈所提供的虚拟现实训练可以改善疼痛处理在中枢神经系统41,42]。多国评价组的研究结果支持先前的研究结果(36,43,44),这表明,多国评价可能CNLBP患者减轻疼痛,改善功能障碍(45),但临床改善没有统计学上不同于其他疗法(36,43,44]。没有差异的潜在原因的疼痛相关的临床结果本研究短期干预,可能不够长引起微分治疗效果。多国评价干预的时间周期12周的报道引起更好的效果比一般运动项目(46]。然而,对于6周的多国评价项目的持续时间,据报道多国评价之间无显著差异,一般运动项目(47]。因此,没有公司的结论可以比较每个干预项目的有效性导致的临床结果。虚拟的干预可能是一个有益的兼职多国评价干预对枸杞多糖康复。进一步调查以虚拟实境为基础之虚拟培训至少是必要的。
4.1。限制
本研究有几个局限性。首先,样本大小计算仅基于交易的核心肌肉而不是其他的肌肉,这可能减少统计其他肌肉的力量。本研究初步研究探讨虚拟现实训练姿势控制的影响。未来研究中需要大审判。其次,样本人口的年龄只有19-30年。因此,可能没有直接的结果可归纳的参与者超过这个年龄段。第三,干预期只有两周,可能不够长引起的治疗效果。未来的研究应该延长培训时间六个或多个星期进一步确认的影响虚拟现实训练APAs和疼痛相关的临床结果。除了对行为的评估结果,脑成像和电生理技术可以用来调查未来潜在的神经机制的研究。
4.2。结论
虚拟训练可能是另一种多国评价提高APAs通过改变肌肉活动模式的躯干和下肢肌肉对扰动的反应。这项研究的结果提供了一个新的潜在治疗APA CLBP障碍。然而,虚拟现实训练临床疼痛症状的影响需要进一步研究来验证。除了面肌,未来的研究可以使用电生理学和脑成像方法探讨潜在神经机制虚拟现实训练姿势控制的影响。
数据可用性
肌电图数据集分析在当前研究可从相应的作者以合理的要求。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
作者的贡献
志诚和李Qiuhua Yu贡献同样这项工作。
确认
我们感谢泽元先生帮助病人的招聘和数据收集。此外,志诚李给Baoyan衷心感谢王对她的鼓励,耐心,在实验期间和护理。本研究项目是由中国国家自然科学基金(格兰特数字82002375,82002375,32071316);广东省医学科学技术研究资助(批准号A2019452)和广东基础研究和应用基础研究基金会(2020号a1515011356);广州科技计划重点项目(批准号201704020122和201704020122);和非营利性中央研究院中国医学科学院基金(编号2020 - jkcs - 005)。